Question

集成运放的调零方法

Answer 1

什么是集成运算的调零呢?对一个如下图所示的放大器。当输入信号U|-0(输入端接地l时，若把运算放大器看成“理想运放”(放大倍数Avd=∞。、输入电阻Rin=∞、共模抑制比Kcvr=∞、失调Vio=0、Iio=O…)。并有Rb=Ri∥Rf，则可推出输出电压Uo=0。加入信号后，输出从零开始变化。但实际上，由于运算放大器输入级差分电路总有不对称，因而存在输入失调电压Vio。和输入失调电流Iio而且也不可能绝对作到Rb=Rio∥Rf，因此，输入为零时输出不会是零。所谓调零，就是希望通过外加的调零电路，能在Ui=0时将输出Uo调到零。
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　　通常外加的调零端均自运放输入差分级集电极负载处引出，其示意图如下图(a)、(b)所示，通过引脚接入的电位器串，并在RC上，以改变差分电路两边的集电极负载电阻，通过将两边的集电极负载电阻调成某种程度的不对称，以抵消原电路中两边RC、两只晶体管以及偏置电路等所有的不对称因素的影响，恰好使输出Uo=0。

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　　调零电位器的阻值在器件手册及典型应用电路中均已给出。为调试方便，通常采用小型多圈金属陶瓷密封电位器，如3296、67等型，要求不高的地方也可采用单圈电位器，如3323型。调零时应该注意的是：
　　
　　(1)集成运放在开环状态如下图所示是无法调零的。这是因为在开环状态下运放至少有几十万倍的增益，只要输入端稍有失调，其输出早已被放大至正或负的饱和值，因而调零几乎是不可能的。即使暂时把U。调下来，过一会儿就会因环境温度等的变化而迅速漂至最大值。我们这里所说的调零，是指引入负反馈后的运放电路的调零。

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　　(2)有些运算放大器，尤其是在一只管壳中封入2～4个运放的多元集成运放，受限于引脚数目往往没有调零端。对这类运放，在需要调零时可采用如下图(a)、(b)所示电路调零。下图(a)为反相输入电路，调零电路的电源U+、U一即为集成运放的供电正、负电源。为保证零位的稳定，U+、U一应具有较好的稳定性。为使调零更加灵敏，在电位器RP两边可串入电阻R，在Rb一Ri∥Rf时还应保证RP+2R<<Rb，在Rb阻值较小时应基本保证(Rb+R/2+RP/2)//Rf≈Rl//Rf。这是为了保持运放两输入端偏置电阻的对称以减小零漂。下图(b)为同相输入电路，同理在Ri较大时应有Rb≈Ri//Rf；(RP+2R)<<R。否则应有(Ri+R/2+RP/2)∥Rf≈Rb，且闭环增益为1+Rf/(R+R/2+RP/2)。

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　　这种调零电路是在无法改变电路内部参数时，靠改变本应接信号地的端点、使之稍稍偏向正或负，以补偿电路内部的不对称，使输出在Ui=0时变为零。

　　(3)并不是所有的应用电路都要调零。例如，在非线性应用电路中如运放作为比较器或接成振荡器，这时运放的输出要么是正的饱和值，要么是负的饱和值，这种电路不需要调零；另一种情况就是当运放组成反相器(Au=-1)、跟随器(Au=1)或增益很低的比例器，而用户对电路的精度及零位又要求不太高时(这时零位一般只偏差几个毫伏)，也可以省去调零电路以降低成本及简化电路。

　　(4)初学者在设计、调试电路时常常会提出这样的问题，即对于由若干级放大器组成的控制电路是否需要对每个运放级都调零?答案是否定的。我们以下图低速转台调速电路为例加以说明。电路中用了三个运放，其中N1、N2组成两级比例放大，N3组成反相器。N2、N3输出的差动信号控制桥式功放电路驱动低速力矩马达M1，并通过测速电机M2反馈形成闭环。这里即使对三个运放电路分别调好零再连在一起，电路的输出仍不一定是零。这是因为在高增益电路中，每级运放的放大倍数可能都很高，而所谓调零并不是真能把运放的输出调到零，而是Uo已小到电压表的量程分辨率之外，看不出Uo≠0罢了。将这些输出并不真正是零的放大器串在一起，前级的极微小零位输出被后几级放大后，仍能表现出相当大的零位输出。因此，即使每个运放级都调好零，各级串在一起后仍然还要再调零。既然如此，我们就不必要求每级运放都调零，而只在其中调零最灵敏的第一级加上调零电路，并在电路串成闭合回路后一起进行调零。这时，第一级运放的输出并不一定是零，但它可以同时补偿第二级、反相器及功放电路所有的零位偏移，并保证系统总的输出为零。
　　
　　(5)电路调零并不是一劳永逸。因为集成运放的失调电压Vio、失调电流Iio虽然可以通过调零加以补偿使运放输出为零，但运放的Vio。和lio具有一定的温度系数，会随环境温度的变化而变化。今天调好零，到明天温度变了、输出又不是零了。因此，对某些要求高的应用电路，在每次使用前应预热一段时间后重新调零。

Answer 2

运算放大器是一种常用的模拟集成电路，但当输入两端电压差为零时，输出仍然会有±(0.2~10)mV的电压，称为失调电压Vos，精密运放的失调电压也有几十uV。所以运放使用中一般需要有调零电路。

1. 有失调调零端的运放：
有些运算放大器设计时就预留了调零端，比如CA3130，可以在其PIN1和PIN5间接一个100kΩ的线性电位器，负电源接电位器中心抽头。
调整时将两输入端接地，用小量程电压表接运放输入端，调节电位器的中心抽头，使电压表的读数接近于0。

2. 无失调调零端的运放：
将运放的PIN1接一个100kΩ电阻，再与具有正负网络的电位器中心抽头相连。其中的小电容是为了避免运放的自激。

3. 反相放大器调零法：
对于只有外接输入输出端的运算放大器，根据同相、反相、差分的不同用法有对应的调零方法。对反相放大器，可在同相端加小直流电压来调零。
当采用±15V电源且R2=100kΩ，R3=100Ω时，补偿电压范围为±V[R3/(R2+R3)]=±15mV

4. 同相放大器调零法：
在反相端加小直流电压。

5. 差分放大器调零法：
可采用同相端加上一个可调正或负的小电压或反相端加上一个可调正或负的小电压。